Soil moisture movement during ice segregation

This paper reports the initial results of a continuing research study of frost action processes in soil undertaken recently by the Division of Building Research of the National Research Council of Canada. Moisture flow to the freezing zone of small soil specimens has been measured under controlled laboratory conditions. The experimental findings agree with the now generally accepted concept of frost heaving outlined by Taber and Beskow. In soil systems where a free water surface exists near but below the freezing zone, the results indicate that moisture flow is dependent on the unsaturated permeability and soil moisture tension characteristics. Both these soil properties integrate the effect of grain size structure, clay composition, and exchange ions among others. Critical desaturation beneath the frost line in some soils appears to act as a barrier to liquid moisture transmission. Since in the heavier-textured soils, rapid moisture transmission continues to much higher tension values, greater heave rates are observed.Ce m\ue9moire expose les premiers r\ue9sultats d'une \ue9tude permanente sur les processus suivis par l'action du gel dans le sol, \ue9tude entreprise r\ue9cemment par la Division des recherches en b\ue2timent du Conseil national de recherches Canada. On a mesur\ue9 en laboratoire, dans des conditions pr\ue9 cises, le d\ue9bit de l'eau entra\ueen\ue9e vers la zone de cong\ue9 lation de petits \ue9chantillons de sol. Les r\ue9sultats des exp\ue9 riences confirment la validit\ue9 du concept -- aujourd'hui g\ue9n\ue9 ralement admis -- du soul\ue8vement d\ufb au gel, concept pr\ue9sent\ue9 par Taber et Beskow. Dans les sols o\uf9 existe une surface d' eau libre \ue0 proximit\ue9, mais au-dessous, de la zone de cong\ue9 lation, les r\ue9sultats montrent que la circulation de l'eau d\ue9 pend des caract\ue9ristiques relatives \ue0 la perm\ue9abilit\ue9 non satur\ue9e et \ue0 la tension d'humidit\ue9 du sol. Ces deux propri\ue9 t\ue9s combinent, entre autres effets, ceux de la structure granulaire, de la composition de l'argile et de l'\ue9change d' ions. Dans certains sols, la d\ue9saturation critique au- dessous de la ligne de gel fait visiblement obstacle \ue0 la circulation de l'eau. Dans les sols \ue0 texture plus lourde, l'eau continue de circuler \ue0 des niveaux de tension beaucoup plus \ue9lev\ue9s; c'est pourquoi l'on a observ\ue9 des taux de soul\ue8 vement sup\ue9rieurs.Peer reviewed: NoNRC publication: Ye